电力电子课第6章4交流

第六章交流-交流变换电路1Chapter

6 AC-AC

Converter主讲：伍文俊§6.5

交-交变频电路(AC-AC

Frequency

Converter)一、Introduction1）定义把固定频率的交流电变换成可调频率交流电的变换电路。2）分类直接变频电路AC-AC周波变换器（Cycloconverter）矩阵变换器（Matrix

converter)---绿色变频器间接变频电路

AC-DC-AC3）用途交流电机调速、风力发电等2相控法代表：余弦交点法主要思路：用整流电路的直流电压平均值去逼近交流输出电压的瞬时值。适于：周波变换器脉冲宽度调制适于：矩阵变换器和间接变频器4）主要控制方法3二、Single-phase

AC-AC

Frequency

Converter1）基本工作原理变换器组选择：由输出负载电流决定，与负载电压无关；

变换器工作状态：由输出负载电压和电流方向的异同决定；同向：整流；

异向：逆变42）拓扑实现方式单相-单相交交变频三相-单相交交变频3）与直流电动机可逆调速的差别主电路：完全相同；控制方法：不同，在每个负载周期内，正组变换器和反组变换器交替工作。4）控制角固定正组工作，反组封锁，负载端电压为正；负组工作，正组封锁，负载端电压为负；以低于电源的频率切换正反组；晶闸管的开通与关断必须采用无环流控制方式，防止两组晶闸管桥同时导通；55）余弦交点法控制角不固定，随着输出电压幅值变化而变化。调制思路：用整流电路的直流电压平均值去逼近交流输出电压的瞬时值。①反组逆变io

<0，uo

>0②无环流死区③正组整流io

>0，uo

>0④正组逆变io>0，uo

<0⑤无环流死区⑥反组整流io

<0，uo

<061

11UdoUdmcos

a

=

sin

wt

=

g

sin

wt实现方法：A、计算法不同控制a

，变换器输出的平均电压：Ud

=

Ud

0

cos

a理想输出的正弦波电压为：u

d

=

U

dm

sin

w

t某一时刻t1变换器的控制角为：采样时间间隔大于等于（m为波头数），采样点越多，负载波形越逼近于理想输出波形，谐波越少。2

πm其中：

g

:输出电压比。7B、调制法us

2=

Us

2

m

cos

w

s

t调制波ur：理想的输出波形；ud=

Udm

sin(wt

+

f)ud

(t1

)

=

us

2

(t1

)Us

2

m=

Ud

0某一时刻t1：ud

(t1

)

=

Udm

sin(wt1

+

f)us

2

(

t1

)=U

s

2

m

coswst1则此刻变换器的控制角为：a1

=wst1并且：此时变换器输出电压：Ud

=

Ud

0

cos

a1若令：巧妙！载波uc：用来与调制波交接产生可变控制角的一组余弦波。余弦峰点为对应功率器件的自然换相点。8图6.4.6 不同g

时ag较小，即输出电压较低时，a只在离和9w00t°变很化近的的情况范围内变化，电路的输入功率因数非常低。a

=cos-1(gsinwt

)=p

/

2-sin-1(gsinwt

)6）输出电压和控制角的关系其中：g

：输出电压比，g

=

Udm

(0

£

g

£

1)Ud097）输入输出特性输出上限频率☞输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。☞就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。☞当采用6脉波三相桥式电路时，一般认为输出上限频率不高于电网频率的1/3~1/2，电网频率为50Hz时，交-交变频电路的输出上限频率约为20Hz。10输入功率因数☞输入电流相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率----相位控制。☞在输出电压的一个周期内，a角以90°为中心而前后变化。☞输出电压比g越小，半周期内a的平均值越靠近90°，位移因数越低；负载功率因数越低，输入功率因数也越低。11输出电压谐波☞输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率fi以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率fo有关。☞采用三相桥式电路时，输出电压主要谐波的频率为：6fi±fo，6fi±3fo，6fi±5fo，…12fi±fo，12fi±3fo，12fi±5fo，…☞采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将增加5fo、7fo等次谐波。12输入电流谐波特性☞输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其幅值和相位均按正弦规律被调制。☞采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率为(以三相桥式-单相交交变频为例)：fin

=

(6k–1)

fi

–2lfofin

=

fi

–

2kfok=1,2,3,…;l=0,1,2,3,….单相-单相交交变频仿真：

全图13放大由三组输出电压相位各相差1200的单相交－交变频电路组成。电路接线形式主要：三、Three-phase

AC-AC

Frequency

Converter{公共交流母线进线方式输出星形联结方式1、公共交流母线进线方式电源进线端公用,故三相单相变频电路的输出端必须隔离。142、输出星形联结方式三组单相变频器连接在一起，其电源进线必须隔离；由于变频器输出中点不和负载中点相联结，所以在构成三相变频器的六组桥式电路中，至少要有不同相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。15四、Output

Frequency

Limit16输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加从而使输出电压波形畸变。一般的，交流电路采用6脉波的三相桥式电路时，最高输出频率不高于电网频率的1/3～1/2。电网频率为50Hz，交－交变频电路的输出上限频率约为20Hz。五、Advantages

and

disadvantages优点只有一次变流，且使用电网换相，提高了变流效率；可以很方便的实现四象限工作；低频时输出波形接近正弦波。缺点接线复杂，使用的晶闸管数目较多；受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率低；采用相控方式，功率因数较低；鉴于居于以上的优缺点：交－交变频器主要用于500kW或1000kW以上，转速在600r/min以下的大功率低转速的交流调速装置中。目前已在矿石碎机、水泥球磨机、卷扬机、鼓风机及扎机主传动装置中获得了较多的应用。它既可用于异步电动机传动，也可以用于同步电动机传动。三相全桥？17六、Matrix

Co